好氧颗粒污泥原理及应用

L.W.HulshoffPol等研究表明.胞外多聚物中的成分和比例与污泥沉降性能有密切关系。J.EScht等在总结前人工作的基础上提出了胞外多聚物假说模型。C.DiIacoci等研究证实了EPS对颗粒污泥形成的增强作用。有研究表明。饥饿条件会诱发EPS被它的生产者所降解，从而导致细菌分离n，事实上，在SBR反应器中，颗粒污泥的消失与胞外聚合物的急速下降紧密相关。但是饥饿条件也会引起细胞表面疏水性的降低。因此。引起细菌分离的关键因素不一定是EPS的减少，细胞表面疏水性的降低也起了一定作用。

从文献来看，EPS只能对颗粒的形成起到增强作用，还不能决定颗粒能否形成。多数情况下细胞都会分泌EPS。但事实证明，不是所有情况下都培养出了好氧颗粒污泥。因此，EPS假说虽然得到很多学者的认可.但是仍然需要进一步完善。

2.5自凝聚原理

生物处理系统中的微生物在适当的环境条件下会产生自凝聚现象，形成一种密度、体积较大，活性和传质条件都较好的微生物共生体颗粒。好氧自凝颗粒污泥形成的两个先决条件是适当的水流剪切作用和高浓度的溶解氧]。H.H.Fang~]指出，生物颗粒化现象是一种进化发展的过程，即只有在适宜颗粒污泥存在的条件下，细菌才会慢慢地进化，最终达到颗粒污泥状态，也就是说，只要条件适宜，颗粒污泥的形成是一个生物自身凝聚的自然过程。

自凝聚原理结合选择压理论，可以解决微小絮状污泥无法形成颗粒污泥的问题.E.Morgenroth等均在SBR中培养出好氧颗粒污泥。他们都采用了较短的沉降时间和水力停留时间，目的就是将沉降性能较差的絮状污泥洗出，只留下密度较大、沉降性能较好的颗粒污泥。但自凝聚理论仍然不能解决较低选择压下颗粒分解的现象。

2.6丝状菌假说

J.J.Beun等]在SBR中培养好氧颗粒污泥时提出了好氧颗粒污泥形成过程。首先，接种污泥中优势菌(丝状菌)在较强的水力剪切力的作用下形成球状。球状物为细菌的大量繁殖提供了良好的栖居地，由此细菌得到了大量的繁殖。之后，随着氧传质的限制，真菌形成的球状物开始分解、破裂，其中的菌胶团由于密度较大而留在了反应器中，细小的絮体被洗出。留在反应器中的菌胶团进一步发展最终形成了好氧颗粒污泥。王海磊等认为，优势混合菌的加人是好氧颗粒污泥能够形成的关键因素。他们在利用SBR和优势混合菌处理造纸废水的过程中驯化出了好氧颗粒污泥。但是D.C.Peng等研究发现：好氧颗粒污泥的微生物主要由杆状细菌组成，没有发现丝状菌。因此，丝状菌假说也需要进一步研究完善。

2.7阶段形成假说

目前关于阶段形成假说有三阶段说和四阶段说。倪丙杰等㈣在总结前人的基础上.认为各种假说都有一定的合理性，但没有将问题联合，因此他提出了三阶段形成假说。第一阶段，微生物个体之间通过各种力的作用相互碰撞、吸附形成聚集体。第二阶段，聚集体中的微生物继续生长，且在水力剪切力的作用下逐渐形成形状规则的初生颗粒污泥。第三阶段，好氧颗粒污泥稳定、成熟。随着颗粒污泥表面疏水性的增加和细菌分泌多聚糖的增多，粘连的微生物逐渐增加，颗粒污泥的粒径随之逐渐增加。但是颗粒污泥的粒径增加到一定程度之后，在水力剪切力作用下颗粒的粒径不再继续增加，此时颗粒达到稳定、成熟期。

Y.Liu等认为好氧颗粒污泥的形成是微生物的一种自固定化现象，不需要载体支持，并提出了符合这个过程的四步骤学说。第一步，微生物之间在流体扩散、重力或者热力学力的作用下相互接触而聚集。第二步，在物理的、化学的或者生物化学的初期引力下形成聚集体。第三步，微生物在其分泌的胞外多聚物等黏着物的作用下形成聚集体。第四步，水的剪切力使颗粒污泥的三维结构更加成熟稳定。阶段形成假说综合考虑了多种因素的作用，而不是仅限于单方面的实验研究.这也为以后的研究提供了思路。

3结论

好氧颗粒污泥的形成机制仍处于研究中，还没有形成定论。以上几种假说也都存在着一定的局限性。但是从文献来看，单一因素的实验研究已经不可能解释颗粒污泥的形成机理。一方面，通过选择压方法培养出来的颗粒污泥的细胞表面疏水性较好，由于疏水性的增加而增强的细胞间亲和力又为其自凝聚提供了推动力。另一方面，微生物分泌的胞外多聚物在颗粒污泥的形成过程中也起了很重要的作用。因此，水力剪切力、胞外多聚物、微生物的自固定的联合作用在好氧颗粒污泥形成过程中起了关键作用。随着PCR、FISH等技术的发展.将来也许可以从微生物自身找到颗粒污泥形成的关键因素。

另外。由于好氧颗粒污泥培养周期长.限制了其在工程中的应用，因此探讨其形成机理的研究就显得尤其重要。如何确定运行参数，缩短培养周期，提高形成的好氧颗粒污泥稳定性以及如何在工程应用中推广将是以后研究的重点。

以下是工程案例(此部分案例内容为转载整理，如有侵权请联系删除)。

1、南非Gansbaai污水处理厂设计规模为5000立方米/天，出水经过消毒后，作为灌溉用水回用。出水水质见下表。

2、荷兰Epe污水处理厂设计规模为1500立方米/小时，在2011年投产。设计运行温度范围为8-25°C。该厂满足荷兰关于出水水质、污泥处理、化学药剂使用以及能耗等方面的所有标准。包括砂滤和污泥处理系统在内，该厂已经成为荷兰全国能耗最低的市政污水厂，并完全满足荷兰总氮小于5mg/L,总磷小于0.3mg/L的出水浓度限值。该厂证明Nereda工艺能降低25%的投资和运行费用，有更强的抗冲击负荷。在pH达到10的条件下(短期工业污水混入)，也能稳定运行。该厂的水质见下表。

下面图表中的数据表明，即使在平均水温为10°C的冬季，Nerada好氧颗粒污泥系统也能正常平稳地启动。

延伸阅读：

低温好氧颗粒污泥的培养及处理生活污水研究